(57)【要約】  構造が簡単で、コンパクトに構成することができ、かつ、回転トルクの伝達効率が良い増速機と、それを備えた発電装置を提供することを課題とし、外力によって回転する入力軸と；ベースフレームと；前記ベースフレームに回転自在に支持された出力軸と；前記出力軸の軸心と同心で前記ベースフレームに対して固定された固定外歯車と；前記出力軸の軸心に対して偏心しており、前記出力軸と結合され、前記出力軸の軸心の回りに前記出力軸と一体に回転する偏心輪と；前記偏心輪を内部に摺動回転自在に支持する軸受部と、前記固定外歯車と噛み合う内歯車を有するローターと；前記入力軸の回転を前記ローターに伝達する回転伝達機構とを有する増速機、及び当該増速機を備えた発電装置を提供することによって上記の課題を解決する。
2011125969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力によって回転する入力軸と；ベースフレームと；前記ベースフレームに回転自在に支持された出力軸と；前記出力軸の軸心と同心で前記ベースフレームに対して固定された固定外歯車と；前記出力軸の軸心に対して偏心しており、前記出力軸と結合され、前記出力軸の軸心の回りに前記出力軸と一体に回転する偏心輪と；前記偏心輪を内部に摺動回転自在に支持する軸受部と、前記固定外歯車と噛み合う内歯車とを有するローターと；前記入力軸の回転を前記ローターに伝達する回転伝達機構とを有する増速機。
【請求項２】
前記回転伝達機構がオルダム継手機構である請求項１記載の増速機。
【請求項３】
前記オルダム継手機構が、前記入力軸と連結された駆動板と、前記駆動板と前記ローターとの間に介在する中間節とを有しており、前記中間節は、前記駆動板と対向する面に第１の凸部又は凹部を有するとともに、前記ローターと対向する面に第２の凸部又は凹部を有しており、前記第１の凸部又は凹部と前記第２の凸部又は凹部は互いに直交する位置関係にあり、前記駆動板は、前記第１の凸部又は凹部と摺動移動自在に嵌合する第３の凸部又は凹部を有し、前記ローターは、前記第２の凸部又は凹部と摺動移動自在に嵌合する第４の凸部又は凹部を有していることを特徴とする請求項２記載の増速機。
【請求項４】
前記第１〜第４の凸部又は凹部のうちの少なくともいずれか１つの凸部又は凹部には、軸受機構が設けられていることを特徴とする請求項３記載の増速機。
【請求項５】
前記回転伝達機構が、前記ローターに設けられた外歯車と、当該外歯車と噛み合う内歯車を有する回転輪であって、前記入力軸と連結され、前記入力軸の回転に伴って前記出力軸の軸心の回りに回転する回転輪とを有している請求項１記載の増速機。
【請求項６】
前記固定外歯車と、前記偏心輪と、前記ローターと、前記回転伝達機構とを、前記出力軸の軸方向に沿った両側に有し、前記両側のローター及び偏心輪の偏心回転の位相が１８０度異なっている請求項１〜５のいずれかに記載の増速機。
【請求項７】
前記固定外歯車と前記ローターが有する内歯車のギヤ比が１：２又は２：３であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の増速機。
【請求項８】
増速機を２段又は３段以上に連結してなる多段式増速機であって、連結された二つの増速機は前段の増速機の出力が後段の増速機の入力となるように前段の増速機の出力軸と後段の増速機の入力軸とが連結されており、かつ、それぞれの増速機は請求項１〜７のいずれか１項に記載の増速機であることを特徴とする多段式増速機。
【請求項９】
前段の増速機と後段の増速機との間に、前段の増速機の出力軸の回転を増速して後段の増速機の入力軸に伝達する増速機構を備えている請求項８記載の多段式増速機。
【請求項１０】
流体が持つエネルギーによって回転する主軸と、発電機と、前記主軸の回転を前記発電機に伝達する動力伝達部とを有し、前記動力伝達部が請求項１〜９のいずれか１項に記載の増速機を備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項１１】
流体が水、空気、又は水蒸気である請求項１０記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸の回転を増速して出力軸に伝達する増速機と、それを備えた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力や水力等の自然エネルギーを利用して発電を行う発電装置が知られている。これらの発電装置においては、風車や水車の回転を発電機の回転子に伝達するに際して、主軸と回転子の間に増速機を介在させ、主軸の回転速度を増速して回転子に伝えることが行われている。【０００３】
例えば、特許文献１には、水の持つエネルギーによって水車を回転させ、その回転を増速機によって増速して発電機に伝えるようにした用水路用水力発電装置が、特許文献２には、風、すなわち、大気の持つエネルギーによって風車を回転させ、その回転を遊星歯車式の増速機によって増速して発電機に伝えるようにした増速機付き風力発電装置が、また、特許文献３には、同じく大気の持つエネルギーによって風車を回転させ、その回転をスター型遊星ローラ式トラクションドライブと、プラネタリ型遊星ローラ式トラクションドライブを組み合わせた増速機によって増速して発電機に伝えるようにした風力発電装置が、それぞれ開示されている。【０００４】
しかしながら、従来から用いられている増速機には、構造が複雑で、部品点数が多く、高価であるという欠点があった。すなわち、例えば特許文献２で用いられているような遊星歯車式の増速機は、その構造上、用いる歯車の数が多く、構造も複雑となり、嵩張るとともに、製造コストが掛かるという欠点がある。また、例えば特許文献３で用いられているトラクションドライブ形式の増速機は、騒音や振動は少ないものの、やはり部品点数が多く、構造が複雑で、嵩張る上に、回転トルクの伝達効率が安定せず、また、単体で大きな増速比を得ることが難しいといった問題点がある。
【特許文献１】特開２００３−２６９３１５号公報
【特許文献２】特開２００１−３０４０９４号公報
【特許文献３】特開平５−０７９４５０号公報
【０００５】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、構造が簡単で、コンパクトに構成することができ、かつ、回転トルクの伝達効率が良い増速機と、それを備えた発電装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【０００６】
本発明者は、上記の課題を解決すべく種々試行錯誤を重ねた結果、ロータリーエンジンで採用されている位相歯車に着目し、入力軸の回転によってロータリーエンジンにおけるローターに相当する部材を回転させ、その回転を偏心輪を介して出力軸に伝達すれば、構造が簡単で効率の良い増速ができるのではないかとの発想を得た。そして、この発想の下、さらに研究を重ねた結果、固定外歯車の周囲に固定外歯車と噛み合う内歯車を内蔵したローターを回転させる構造とし、ローターにはその内側に偏心輪を摺動回転自在に収容させ、ローターを入力軸に、偏心輪を出力軸に、それぞれ接続することによって、簡単な構造で、入力軸の回転を低速の場合から高速の場合まで幅広く、効率の良い増速が可能であることを見出して本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、外力によって回転する入力軸と；ベースフレームと；前記ベースフレームに回転自在に支持された出力軸と；前記出力軸の軸心と同心で前記ベースフレームに対して固定された固定外歯車と；前記出力軸の軸心に対して偏心しており、前記出力軸と結合され、前記出力軸の軸心の回りに前記出力軸と一体に回転する偏心輪と；前記偏心輪を内部に摺動回転自在に支持する軸受部と、前記固定外歯車と噛み合う内歯車とを有するローターと；前記入力軸の回転を前記ローターに伝達する回転伝達機構とを有する増速機を提供することによって上記の課題を解決するものである。
【０００８】
本発明の増速機においては、複雑な遊星歯車機構を用いる必要がなく、固定外歯車と、内歯車を備えたローターと、ローター内部に摺動回転自在に支持される偏心輪という極めてシンプルな構成要素によって、入力軸の回転を増速して出力軸に伝達することができる。増速率は、固定外歯車の歯数と、ローター内の内歯車の歯数の比、すなわちギヤ比によって決まり、例えば、固定外歯車の歯数とローター内の内歯車のギヤ比が、２：３であれば、ローターの１回の回転によってローターに内蔵される偏心輪は３回転し、３倍の増速率が得られる。また、固定外歯車の歯数とローター内の内歯車のギヤ比が、１：２であれば、ローターの１回の回転によってローターに内蔵される偏心輪は４回転し、４倍の増速率が得られる。なお、位相歯車機構におけるギヤ比と回転数との関係については、例えば、ＧＰ企画センター編、「マツダ・ロータリーエンジンの歴史」、株式会社グランプリ出版、２００３年２月１０日初版発行、２８〜３６頁、４４頁に詳述されている。
【０００９】
また、本発明の増速機においては、入力軸の回転によってローターを回転させることにより、偏心輪を回転させるので、偏心輪を回転させるにあたって、偏心輪の回転中心からローターによる回転力の作用点までの距離を腕の長さとするモーメントを利用することができる。したがって、偏心輪を介さずに入力軸と出力軸を同心で回転させる場合よりも回転トルクが上昇することとなり、効率の良い増速が可能である。
【００１０】
本発明の増速機は、その好適な一態様において、前記入力軸の回転をオルダム継手機構によって前記ローターに伝達するのが好ましい。すなわち、ローターは、内蔵する内歯車を固定外歯車と噛み合わせながら固定外歯車の周囲を自転しながら公転するので、ローターの中心は一点に静止しておらずに移動するが、回転伝達機構としてオルダム継手機構を用いる場合には、ローターの中心の移動がオルダム継手機構によって吸収され、回転中心が一点に静止して回転する入力軸の回転を、効率良くローターに伝達してローターを回転させることができる。
【００１１】
上述のオルダム継手機構は、その好適な一態様において、入力軸と連結された駆動板と、駆動板と前記ローターとの間に介在する中間節とを有しており、中間節は、駆動板と対向する面に第１の凸部又は凹部を有するとともに、ローターと対向する面に第２の凸部又は凹部を有しており、第１の凸部又は凹部と第２の凸部又は凹部は互いに直交する位置関係にあり、駆動板は、第１の凸部又は凹部と摺動移動自在に嵌合する第３の凸部又は凹部を有し、ローターは、第２の凸部又は凹部と摺動移動自在に嵌合する第４の凸部又は凹部を有している。互いに摺動移動自在に嵌合されている凸部又は凹部の摺動移動を滑らかなものとするために、第１〜第４の凸部又は凹部のうちの少なくともいずれか１つの凸部又は凹部には、軸受機構が設けられているのが望ましい。軸受機構としては、例えば、フラットローラーベアリング、ドライベアリング、油含浸軸受などが挙げられる。
【００１２】
また、本発明の増速機は、その好適な一態様において、前記入力軸の回転を前記ローターに伝達する回転伝達機構として、前記ローターに設けられた外歯車と、当該外歯車と噛み合う内歯車を有する回転輪であって、前記入力軸と連結され、前記入力軸の回転に伴って前記出力軸の軸心の回りに回転する回転輪とを有している回転伝達機構を備えている。本発明の増速機がこのような回転伝達機構を備える場合には、回転中心が一点に静止して回転する入力軸の回転を、前記内歯車と外歯車とを介して、前記ローターに伝達することができるので、入力軸の回転をより効率良くローターに伝達することが可能となる。なお、前記回転輪に設けられた内歯車と前記ローターに設けられた外歯車とは平歯車であっても良いが、噛み合いが滑らかになり、振動、騒音が小さくなるという観点からは、はすば歯車とするのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の増速機は、その好ましい一態様において、前記固定外歯車と、前記偏心輪と、前記ローターと、前記回転伝達機構とを、前記出力軸の軸方向に沿った両側に有しており、前記両側のローター及び偏心輪の偏心回転の位相が１８０度異なっている。このように本発明の増速機が、前記偏心輪を始めとする回転機構を互いの回転位相を１８０度異ならせて出力軸の両側に有している場合には、偏心回転する偏心輪やローターの回転に伴う振動が打ち消されて、より静かで振動の少ない運転を実現することができる。
【００１４】
また、本発明の増速機は、前段の増速機の出力が後段の増速機の入力となるように２段又は３段以上に連結して用いることによって、高い増速率を得ることが可能である。例えば、上記ギヤ比が１：２の本発明の増速機を２段に連結すれば、１段当たりの増速率が４倍であるので、入力軸の回転を４×４＝１６倍に増速することができ、３段に連結する場合には、４×４×４＝６４倍に増速することができる。本発明の増速機は、構造がシンプルでコンパクトに構成できるので、２段又は３段以上に連結した場合でも、全体がそれほど嵩張らず、比較的小型で増速率の大きい増速機とすることができる。
【００１５】
なお、本発明の増速機を多段に連結する場合には、前段の増速機と後段の増速機との間に、前段の増速機の出力軸の回転を増速して後段の増速機の入力軸に伝達する適宜の増速機構を介在させても良い。この増速機構によって、前段の増速機の出力軸の回転を、例えば１．５倍程度に増速して後段の増速機の入力軸に伝達する場合には、増速率をさらに高めることが可能となる。
【００１６】
本発明は、また、流体が持つエネルギーによって回転する主軸と、発電機と、前記主軸の回転を前記発電機に伝達する動力伝達部とを有し、前記動力伝達部が本発明の増速機を備えている発電装置を提供することによって上記の課題を解決するものである。流体としては、水、空気（大気）、水蒸気などが代表的なものとして挙げられ、それらが持つエネルギーを利用する発電装置としては、各種水力発電装置、各種風力発電装置、火力又は原子力によって生み出される熱エネルギーを水蒸気のエネルギーに変換してタービンを回転させる火力発電装置や原子力発電装置などが挙げられる。本発明の増速機は、これらいずれの発電装置においても増速機として利用することができる。
【００１７】
本発明の増速機によれば、増速機の構造を簡単にすることができるので、増速機をコンパクトにし、かつ、製造コストを下げることができるという利点が得られる。また、出力軸に連結された偏心輪を回転させるにあたり、偏心輪の回転中心からローターによる回転力の作用点までの距離を腕の長さとするモーメントを利用することができるので、回転トルクの伝達効率が良い増速が可能になり、入力される回転力が比較的小さな場合から大きな場合まで、安定した増速が可能になる。さらに、本発明の増速機を動力伝達部に有する本発明の発電装置によれば、流体の持つエネルギーを無駄なく利用して、効率の良い発電が、よりコンパクトな構成で可能になるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の増速機の一例を示す断面側面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ’断面図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ’断面図である。
【図５】オルダム継手機構の分解図である。
【図６】ローターの回転により偏心輪を介して出力軸が回転する動作の説明図である。
【図７】ローターの回転により偏心輪を介して出力軸が回転する動作の説明図である。
【図８】ローターの回転により偏心輪を介して出力軸が回転する動作の説明図である。
【図９】ローターの回転により偏心輪を介して出力軸が回転する動作の説明図である。
【図１０】本発明の増速機の他の一例を示す断面側面図である。
【図１１】図１０の部分拡大図である。
【図１２】図１１のＸ−Ｘ’断面図である。
【図１３】固定外歯車の右端部においてローターの内歯車と固定外歯車とが噛み合う状態を示す断面図である。
【図１４】図１３に回転輪と内歯車とを併せて示した断面図である。
【図１５】回転輪の回転によりローター及び偏心輪を介して出力軸が回転する動作の説明図である。
【図１６】回転輪の回転によりローター及び偏心輪を介して出力軸が回転する動作の説明図である。
【図１７】回転輪の回転によりローター及び偏心輪を介して出力軸が回転する動作の説明図である。
【図１８】本発明の増速機のさらに他の一例を示す断面側面図である。
【図１９】本発明の増速機を２段に連結した２段式増速機の一例を示す断面側面図である。
【図２０】本発明の増速機を３段に連結した３段式増速機の一例を示す平面図である。
【図２１】本発明の増速機を動力伝達部に有する本発明の発電装置の一例を示す概念図である。
【図２２】本発明の増速機を動力伝達部に有する本発明の発電装置の他の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。【００２０】
図１は、本発明の増速機の一例を示す断面側面図である。図１において、１は本発明の増速機であり、２は入力軸、３は出力軸、４はベースフレーム、５はベアリング、６は固定外歯車、７はローター、８は偏心輪、９は内歯車、Ｇは設置面であり、増速機１は、ベースフレーム４を介して適宜の設置面Ｇに設置される。【００２１】
図に示すとおり、入力軸２と出力軸３は、それぞれベアリング５、５、５・・・によってベースフレーム４に回転自在に支持されている。一方、固定外歯車６はベースフレーム４に固定されている。固定外歯車６の中央には固定外歯車６を軸方向に貫通する貫通孔６ｈが設けられており、この貫通孔６ｈの内部を出力軸３が貫通している。なお、固定外歯車６の中心位置は出力軸３の軸心と同心である。【００２２】
ローター７の内部には、ベアリング５を介して、偏心輪８が摺動回転自在に支持されており、ローター７内部のベアリング５は、偏心輪８を摺動回転自在に支持する軸受部を構成している。偏心輪８は、出力軸３と結合され、出力軸３の軸心の回りに出力軸３と一体に回転するが、その中心は、出力軸３の軸心に対して偏心している。ローター７の内部には内歯車９が設けられており、内歯車９の一部は固定外歯車６の一部と噛み合っている。ローター７は、内歯車９の一部を固定外歯車６と噛み合わせながら回転することによって、固定外歯車６の周囲を自転しながら公転する。【００２３】
１０は中間節、１１は駆動板、１２は駆動板１１と入力軸２とを結合する固定部材である。ローター７の入力軸２側の側面に設けられた凸部７ａと、中間節８、及び駆動板９は、後述するとおり、回転伝達機構としてオルダム継手機構を構成しており、入力軸２の回転は、この回転伝達機構を介してローター７に伝達される。【００２４】
図２は、図１の部分拡大図である。図２において、６ｇは固定外歯車６の歯、９ｇは内歯車９の歯を、それぞれ示している。図に示すとおり、内歯車９の歯９ｇと、固定外歯車６の歯６ｇとは一部（図２においては上部）で噛み合っており、ローター７は、内歯車９の歯９ｇの一部を固定外歯車６の歯６ｇの一部と噛み合わせながら、固定外歯車６の周囲を回転し、固定外歯車６の周囲を自転しながら公転する。１０ｂは、中間節１０のローター７側の側面に設けられた凹部であり、この凹部１０ｂにはローター７の凸部７ａが摺動自在に嵌合しているが、これについては後述する。【００２５】
本発明の増速機１は上述のように構成されており、ローター７は、その内部に、出力軸３の軸方向に沿って、偏心輪８を摺動回転自在に支持する軸受部であるベアリング５と、固定外歯車６と噛み合う内歯車９とを備えている。また、ローター７は、中間節１０、駆動板１１、及び固定部材１２を介して入力軸２と結合されているので、入力軸２が回転するとローター７も回転し、ローター７が、その内歯車９の一部を固定外歯車６と噛み合わせながら固定外歯車６の周囲を自転しながら公転することによって、ローター７内にベアリング５によって摺動回転自在に支持されている偏心輪８が回転し、その結果、偏心輪８と結合されている出力軸３が回転することになる。このとき、上述したとおり、固定外歯車６の歯数と、内歯車９の歯数の比であるギヤ比に応じて、入力軸２の回転は増速して出力軸３に伝達されることになる。因みに、固定外歯車６と内歯車９のギヤ比が２：３であると、入力軸２の回転は３倍に、１：２であると、入力軸２の回転は４倍に増速されて、出力軸３に伝えられることになる。【００２６】
図３は図２におけるＸ−Ｘ’断面図である。図３に示すとおり、ローター７内部には内歯車９が設けられており、図に示す状態では、内歯車９はその上部において固定外歯車６と噛み合っている。６ｇは固定内歯車６の歯、９ｇは内歯車９の歯であるが、省略して歯先の輪郭線のみで示してある。６ｈは、前述したとおり、固定外歯車６を貫通する貫通孔である。３ｃは出力軸３の軸心であり、固定外歯車６の中心と一致している。【００２７】
図４は図２におけるＹ−Ｙ’断面図であり、便宜上、出力軸３とその軸心３ｃも併せて示してある。図４に示すとおり、偏心輪８はローター７の内部に、ベアリング５を介して、摺動回転自在に支持されている。８ｃは偏心輪８の中心であり、偏心輪８の中心８ｃは、出力軸３の軸心３ｃから距離ｅだけ偏心している。これにより、ローター７が軸心３ｃの回りに回転すると、その回転力は、軸心３ｃから偏心輪８の中心８ｃを通って、偏心輪８の外周までの距離を腕の長さとするモーメントとなって出力軸３に効率良く伝達されることになる。これにより、入力軸２の回転は増速されて効率良く出力軸３に伝達されることになる。【００２８】
図５は、ローター７の凸部７ａと、中間節１０と、駆動板１１とによって構成されるオルダム継手機構の分解図である。図に示すとおり、ローター７の端部には、凸部７ａ、７ａが互いに１８０度の間隔をあけて設けられており、中間節１０のローター７側の側面には、凸部７ａ、７ａと対向する位置に、凹部１０ｂ、１０ｂが互いに１８０度の間隔をあけて設けられている。中間節１０の駆動板１１側の側面には、凹部１０ａ、１０ａが同じく１８０度の間隔をあけて設けられているが、その位置は、溝１０ｂ、１０ｂと９０度ずれており、凹部１０ａ、１０ａと凹部１０ｂ、１０ｂとは直交する位置関係にある。また、駆動板１１には、凹部１０ａ、１０ａと対向する位置に、凸部１１ａ、１１ａが互いに１８０度の間隔をあけて設けられている。【００２９】
オルダム継手機構は、ローター７の凸部７ａ、７ａを中間節１０の凹部１０ｂ、１０ｂと嵌合させ、駆動板１１の凸部１１ａ、１１ａを中間節１０の凹部１０ａ、１０ａと嵌合させることによって組み立てられる。凸部７ａ，７ａ、及び、凸部１１ａ、１１ａは、それぞれ、凹部１０ｂ、１０ｂ、及び凹部１０ａ、１０ａ内を摺動移動自在であるので、入力軸２を回転させてローター７を回転させたとき、ローター７駆動板１１に対して、凹部１０ａ、１０ａを結ぶ方向、及び、それとは９０度ずれた凹部１０ｂ、１０ｂを結ぶ方向のいずれの方向に移動しても、その移動は凸部７ａ、７ａ、及び凸部１１ａ、１１ａが、それぞれ凹部１０ｂ、１０ｂ内、及び凹部１０ａ、１０ａ内を摺動移動することによって吸収され、駆動板１１の中心、すなわち、入力軸２は移動しない。このようにオルダム継手機構を用いることにより、軸心が移動しない入力軸２の回転を、回転に伴いその中心が移動するローター７に効率良く伝達することができるという利点が得られる。【００３０】
なお、図示の例では、凸部７ａ、７ａ、凹部１０ａ、１０ａ、及び１０ｂ、１０ｂ、凸部１１ａ、１１ａは、１８０度の間隔をあけて直線状に配置された２個一対の凸部又は凹部として形成されているが、これらは、それぞれ一対の凸部又は凹部を延長して、連続した１個の凸部又は凹部としても良いことは勿論である。また、これら凸部と凹部とは互いに嵌合して、摺動自在であれば良いので、凸部の凹部の関係が図示のものと逆であっても良いことはいうまでもない。すなわち、中間節１０には、駆動板１１と対向する面に第１の凸部又は凹部、ローター７と対向する面に第２の凸部又は凹部があり、第１の凸部又は凹部と第２の凸部又は凹部が互いに直交する位置関係にあり、駆動板１１には、中間節の第１の凸部又は凹部と摺動移動自在に嵌合する第３の凸部又は凹部があり、ローター７には、中間節の第２の凸部又は凹部と摺動移動自在に嵌合する第４の凸部又は凹部があれば良い。【００３１】
なお、互いに嵌合する凸部と凹部の摺動移動をよりスムースに行わせるために、凸部と凹部が嵌合する接触面には、適宜の軸受機構を設けるのが望ましい。用いうる軸受機構としては、例えば、リニアフラットローラベアリングや、ドライベアリング、油含浸軸受などが挙げられ、これらの軸受機構を上述した第１〜第４の凸部又は凹部のうちの少なくともいずれか１つに設けることによって、ローター７，中間節１０、及び駆動板１１相互の摺動移動をよりスムースに行わせ、入力軸２の回転力をより効率良くローター７に伝えることができる。【００３２】
なお、入力軸２の回転をローター７に伝える回転伝達機構としては、上述したオルダム継手機構に限られず、入力軸２に対してローター７の回転軸が偏心しても入力軸２の回転をローター７に伝達することができる機構であればどのような機構を採用しても良い。例えば、ゴム軸継手機構やダイヤフラム軸継手などのたわみ軸継手機構を用いることも可能であるが、伝達する回転力のロスが少ないという観点からはオルダム継手機構を用いるのが好ましい。【００３３】
次に、図６〜図９を用いて、本例の増速機１の動作を説明する。図６〜図９において、各図の（ａ）は、入力軸２の回転によってローター７が、その内歯車９の歯９ｇを固定外歯車６の歯６ｇと噛み合わせながら、固定外歯車６の周囲を回転する運動を示しており、各図の（ｂ）は、そのときの偏心輪８の運動をローター７の運動と共に示しており、各図の（ｃ）は、そのときの出力軸３の運動を示している。なお、便宜上、内歯車９の歯９ｇ及び固定外歯車６の歯６ｇは、その歯先の輪郭線でのみ示し、各図の（ｂ）においては、出力軸３を併せて示してある。【００３４】
図６〜図９の各図の（ａ）に示すように、ローター７が内歯車９の一部を固定外歯車６と噛み合わせながら固定外歯車６の周囲を回転すると、それに伴い、各図の（ｂ）に示すとおり、ローター７の内部に摺動回転自在に支持されている偏心輪８は、出力軸３の軸心３ｃを中心に図中矢印方向に回転し、その結果、各図の（ｃ）に示すとおり、偏心輪８と結合されている出力軸３も図中矢印方向に回転する。このとき各図の（ｂ）に示すように、偏心輪８の中心８ｃは、偏心輪８の回転の中心、すなわち、出力軸３の軸心３ｃから前述した距離ｅだけ偏心しているので、ローター７によって偏心輪８に加えられる回転力は、軸心３ｃから偏心輪８の中心８ｃをとおって偏心輪８の外周までの距離を腕の長さとするモーメントとなって出力軸３に効率良く伝達されることになる。これにより、本発明の増速機１においては、低速域から高速域まで、効率の良い増速が可能である。【００３５】
図１０は、本発明の増速機１の他の一例を示す断面側面図であり、これまでと同じ部材には同じ符号を付してある。本例の増速機１は、入力軸２の回転をローター７に伝達する回転伝達機構として、オルダム継手機構ではなく、回転輪１３、内歯車１４、及び外歯車１５を用いている点において、図１に示した増速機１とは異なっている。すなわち、入力軸２には、入力軸２の回転に伴って出力軸３の軸心の回りに回転する回転輪１３が結合されており、回転輪１３の出力軸３側に突出した円筒状部分の内側には内歯車１４が、また、ローター７の外周面には、内歯車１４と一部分で噛み合う外歯車１５がそれぞれ設けられているので、入力軸２が回転すると、その回転は回転輪１３、内歯車１４、及び外歯車１５を介してローター７に伝達される。本例の増速機１においては、入力軸２の軸心は出力軸３の軸心と一致しているので、回転輪１３は固定部材１２を介して入力軸２に対して同心に結合されることによって、入力軸２の回転に伴い出力軸３の軸心の回りに回転するようになっているが、入力軸２の軸心と出力軸３の軸心とが一致していない場合には、回転輪１３を出力軸３の軸心の回りに回転自在に支持するとともに、適宜の軸継手を介して、入力軸２の回転を回転輪１３に伝達すれば良い。【００３６】
図１１は、図１０の部分拡大図である。図１１において、１４ｇは内歯車１４の歯、１５ｇは外歯車１５の歯を示している。図に示すとおり、回転輪１３の内歯車１４の歯１４ｇと、ローター７の外歯車１５の歯１５ｇとは一部（図１１においては下部）で噛み合っており、入力軸２の回転に伴って回転輪１３が回転すると、その回転は内歯車１４と外歯車１５を介して、ローター７に伝達され、ローター７は、固定外歯車６の周囲を自転しながら公転する。このとき、ローター７の外歯車１５も固定外歯車６の周囲を自転しながら公転するが、外歯車１５の出力軸３の軸心３ｃから最も遠い位置にある点の軌跡は出力軸３の軸心３ｃを中心とする円を描くので、この円の半径に対応する半径の内歯車１４を、出力軸３の軸心３ｃと同心に回転輪１３に設けることによって、ローター７が回転し、外歯車１５が固定外歯車６の周囲を自転しながら公転しても、回転輪１３の内歯車１４とローター７の外歯車１５とは、その噛み合い位置を変化させながらも常に一部で噛み合い、入力軸２の回転に伴う回転輪１３の回転を内歯車１４と外歯車１５を介して連続してローター７に伝達することが可能となる。【００３７】
この点を図面を用いて詳述すれば以下のとおりである。すなわち、図１２は図１１のＸ−Ｘ’断面図であるが、図１２において、３ｃは出力軸３の軸心、７ｃはローター７の中心である。ローター７の中心７ｃは、前述した偏心輪８の中心８ｃと一致しており、出力軸３の軸心３ｃから距離ｅだけ偏心している。図１２に示す状態では、ローター７の内歯車９は、固定外歯車６の図中頂部で固定外歯車６と噛み合っており、ローター７に設けられた外歯車１５の図中最下端の点Ｐが、外歯車１５の出力軸３の軸心３ｃから最も遠い位置にある点となる。ローター７の中心７ｃからローター７の外周面に設けられている外歯車１５の歯１５ｇの先端までの距離、つまりは外歯車１５の半径をｒとすると、軸心３ｃから点Ｐまでの距離はｅ＋ｒとなる。ローター７がその内歯車９を固定外歯車６と噛み合わせながら固定外歯車６の周囲を自転しながら公転すると、ローター７と固定外歯車６との位置関係は変化し、出力軸３の軸心３ｃから最も遠い位置にある点Ｐも移動するが、出力軸３の軸心３ｃから点Ｐまでの距離は常にｅ＋ｒであり、変化しない。【００３８】
すなわち、例えば図１３に示すように、図１２に示す状態からローター７が固定外歯車６の周囲を自転しながら公転して、固定外歯車６の図中右端部においてローター７の内歯車９と固定外歯車６とが噛み合う状態になると、ローター７の外歯車１５の図中最左端の点Ｐが出力軸３の軸心３ｃから最も遠い位置にある点となるが、この点Ｐの軸心３ｃからの距離もｅ＋ｒである。このように、出力軸３の軸心３ｃから最も遠い位置にある点Ｐまでの距離は、ローター７が固定外歯車６の周囲を回転して、ローター７と固定外歯車６との位置関係が変化しても変わらずｅ＋ｒである。つまり、出力軸３の軸心３ｃを中心として、半径がｅ＋ｒとなる円Ｃを想定すると、ローター７が固定外歯車６の周囲を自転しながら公転しても、ローター７の外歯車１５の軸心３ｃから最も遠い位置にある点Ｐは、常にこの円Ｃに内接していることになる。したがって、図１４に示すように、距離ｅ＋ｒに対応した半径を有する内歯車１４を、その歯１４ｇがローター７の外歯車１５の歯１５ｇと一部分で噛み合うように、出力軸３の軸心３ｃと同心に回転輪１３に設けることによって、ローター７が回転して外歯車１５が固定外歯車６の周囲を自転しながら公転しても、内歯車１４と外歯車１５とは常にその一部分で噛み合い、入力軸２の回転に伴う回転輪１３の回転を連続してローター７に伝達することが可能となる。【００３９】
次に、図１５〜図１７を用いて、本例の増速機１の動作を説明する。なお、図１５〜図１７において、各図の（ａ）は、図１１におけるＸ−Ｘ’断面図に相当し、入力軸２の回転に伴う回転輪１３の回転よってローター７が、その内歯車９の歯９ｇを固定外歯車６の歯６ｇと噛み合わせながら、固定外歯車６の周囲を回転する運動を示している。また、各図の（ｂ）は、図１１におけるＹ−Ｙ’断面図に相当し、回転輪１３の回転に伴う偏心輪８の運動をローター７の運動と共に示しており、各図の（ｃ）は、そのときの出力軸３の運動を示している。【００４０】
各図の（ａ）に示すように、入力軸２の回転に伴って回転輪１３が図中矢印方向に回転すると、その回転は、回転輪１３の内歯車１４及びローター７の外歯車１５を介してローター７に伝達され、ローター７は内歯車９の一部を固定外歯車６と噛み合わせながら固定外歯車６の周囲を回転する。このローター７の回転に伴い、各図の（ｂ）に示すとおり、ローター７の内部に摺動回転自在に支持されている偏心輪８は、出力軸３の軸心３ｃを中心に図中矢印方向に回転し、その結果、各図の（ｃ）に示すとおり、偏心輪８と結合されている出力軸３も図中矢印方向に回転する。このとき各図の（ｂ）に  示すように、偏心輪８の中心８ｃは出力軸３の軸心３ｃから前述した距離ｅだけ偏心しているので、ローター７によって偏心輪８に加えられる回転力は、軸心３ｃから偏心輪８の中心８ｃをとおって偏心輪８の外周までの距離を腕の長さとするモーメントとなって出力軸３に効率良く伝達されることになる。また、入力軸２の回転は、回転輪１３の内歯車１４及びローター７の外歯車１５という歯車機構を介してローター７に伝達されるので、オルダム継手機構を用いる場合のように摺動摩擦によるエネルギーロスが少なく、低速域から高速域まで、より効率の良い増速が可能である。【００４１】
本例の増速機１は、上記のように構成されているので、入力軸２が回転すると、その回転は回転輪１３を介してローター７に伝達され、ローター７が、その内歯車９の一部を固定外歯車６と噛み合わせながら固定外歯車６の周囲を自転しながら公転することによって、ローター７内にベアリング５によって摺動回転自在に支持されている偏心輪８が回転し、その結果、偏心輪８と結合されている出力軸３が回転することになる。このとき、固定外歯車６の歯数と、内歯車９の歯数の比であるギヤ比に応じて、入力軸２の回転は増速して出力軸３に伝達されることになるのは先に示した例におけると同じである。また、本例の増速機１においては、回転輪１３の内歯車１４の歯数と、ローター７の外歯車１５の歯数の比に応じて、入力軸２の回転が、増速されてローター７に伝達されることになるので、より一層の増速率を期待することができる。【００４２】
図１８は、本発明の増速機１のさらに他の一例を示す断面側面図である。本例の増速機１は、固定外歯車６、ローター７、偏心輪８、回転輪１３等の増速機構を、出力軸３の軸方向に沿った両側に有している。出力軸３の両側に位置する各部材はそれぞれ左右で同じものであるが、便宜上、出力軸３の軸方向に沿った右側に位置する各部材の符号には「’」をつけて左側に位置する対応する各部材と区別して示してある。ただし、出力軸３の軸方向に沿った左側に位置するローター７及び偏心輪８と、出力軸３の軸方向に沿った右側に位置するローター７’及び偏心輪８’とは、その回転位相が１８０度異なっている。また、本例においては、出力軸３は中空シリンダであり、左右のローター７及び７’並びに偏心輪８及び８’の前記中空シリンダの中空部に対応する部分にも孔７ｈ、７’ｈ、８ｈ、８’ｈがそれぞれ設けられている。出力軸である前記中空シリンダ及び孔７ｈ、７’ｈ、８ｈ、８’ｈの内側には連結シャフト１６が挿通され、左側の回転輪１３と右側の回転輪１３’とは連結シャフト１６によって相互に連結されている。１７は出力軸３の回転を外部に取り出す歯車である。【００４３】
このような増速機１において、入力軸２及び／又は入力軸２’を回転させると、その回転に伴い回転輪１３及び１３’は出力軸３の軸心３ｃの回りに回転し、その回転は、内歯車１４及び１４’と外歯車１５及び１５’を介してそれぞれローター７及び７’に伝達される。これにより、ローター７及び７’は、その内歯車９及び９’を固定外歯車６及び６’に噛み合わせながら固定外歯車６及び６’の回りを自転しながら公転し、それぞれ偏心輪８及び８’を出力軸３の軸心３ｃの回りに偏心回転させ、出力軸３を回転させる。このとき、出力軸３の軸方向に沿った左側に位置するローター７及び偏心輪８と、右側に位置するローター７’及び偏心輪８’とは、その回転位相が１８０度異なっているので、偏心回転に伴って発生する偏心力は相殺され、振動や騒音の発生を抑制することができるという利点が得られる。【００４４】
入力軸２と入力軸２’とは、その双方を外力によって回転させても良いし、そのいずれか一方だけを外力によって回転させるようにしても良い。回転輪１３と回転輪１３’とは、前述したとおり、連結シャフト１６によって連結されているので、入力軸２又は入力軸２’のいずれか一方を回転させると、その回転に伴い、回転輪１３及び回転輪１３’の双方が回転することになる。【００４５】
また、図１８には、回転伝達機構として回転輪１３を用いる場合を示したが、回転伝達機構がオルダム継手機構であっても同様であり、回転輪１３、１３’に代えて、駆動板１１、１１’及び中間節１０、１０’を出力軸３の軸方向の両側に配置して、駆動板１１及び１１’を、出力軸３である中空シリンダの中空部、中間節１０及び１０’、ローター７及び７’、偏心輪８及び８’のそれぞれに設けられた孔を挿通する連結シャフトで連結すれば良い。なお、回転伝達機構がオルダム継手機構であっても、左側のローター７及び偏心輪８と、右側のローター７’及び偏心輪８’の回転位相が１８０度異なるように、ローター７、７’と偏心輪８、８’とが配置されるのは勿論である。【００４６】
図１９は、図１に示す本発明の増速機１を２段に連結した２段式増速機の一例を示す断面側面図である。すなわち、図に示すとおり、前段（図中左側）の増速機１１の出力軸３１が、適宜の継手１８を介して、後段（図中右側）の増速機１２の入力軸２２と結合されている。前段の増速機１１と後段の増速機１２における固定外歯車６と内歯車９とのギヤ比がいずれも１：２である場合には、各段においてそれぞれ４倍の回転速度の増速が得られるので、２段に連結した本例の増速機全体では、４×４＝１６倍の増速が得られることになる。このように、本発明の増速機１は、多段に連結することによって、大きな増速率を実現することができる。また、本発明の増速機１は、構造が簡単であるので、嵩張らず、コンパクトに構成できるので、多段に連結することに適している。なお、連結段数は２段に限られず、３段以上、何段でも構わない。また、前段と後段とで、内歯車９と固定外歯車６のギヤ比を異ならせたり、構造を異ならせたりして、それぞれ異種の本発明の増速機を連結しても良い。【００４７】
図２０は、図１８に示す本発明の増速機１を３段に連結した３段式増速機の一例を示す平面図である。すなわち、図に示すとおり、１段目の増速機１１の出力軸３１に取り付けられた歯車１７１が、２段目の増速機１２の入力軸２２に取り付けられた歯車１９２と結合され、同様に、２段目の増速機１２の出力軸３２に取り付けられた歯車１７２が、３段目の増速機１３の入力軸２３に取り付けられた歯車１９３と結合されている。各段の増速機１１〜１３における固定外歯車６と内歯車９とのギヤ比がいずれも１：２である場合には、各段においてそれぞれ４倍の回転速度の増速が得られるので、３段に連結した本例の増速機全体では、４×４×４＝６４倍の増速が得られることになる。また、歯車１７１及び１７２の歯数を、それぞれ、歯車１９２及び１９３の歯数よりも多くすることによって、前段の増速機の出力軸の回転をさらに増速して後段の増速機に伝えることが可能であり、多段に連結された本発明の増速機全体の増速率をさらに高めることが可能である。【００４８】
なお、前段の増速機１における出力軸３の回転を後段の増速機１の入力軸２に伝える機構は図２０に示したものに限られず、例えば、前段の増速機１における出力軸３に取り付けられた歯車１７の回転をチェーン等を介して後段の増速機１の入力軸２に取り付けた歯車１９に伝達するようにしても良い。【００４９】
図２１は、本発明の増速機１を動力伝達部に有する本発明の発電装置の一例を示す概念図である。図２１において、２０は水、すなわち水流が持つエネルギーによって回転する水車であり、２１は動力伝達部、２２は発電機、２３は結合部、２４はクラッチである。水車２０の回転は、結合部２３を介して、動力伝達部２１に伝えられ、動力伝達部２１に備えられている２段に連結された本発明の増速機１１、１２によって増速され、発電機２２の回転子に伝えられ、発電が行われる。【００５０】
図２２は、本発明の増速機１を動力伝達部に有する本発明の発電装置の他の一例を示す概念図である。図２２において、２５は大気、すなわち風が持つエネルギーによって回転する風車であり、２１は動力伝達部、２２は発電機、２３は結合部、２４はクラッチである。風車２５の回転は、結合部２３を介して、動力伝達部２１に伝えられ、動力伝達部２１に備えられている３段に連結された本発明の増速機１１、１２、１３によって増速され、発電機２２の回転子に伝えられ、発電が行われる。【００５１】
本発明の発電装置が利用できるエネルギーは水や大気が持つエネルギーに限られない。火力や原子力によって生み出される熱を変換して得られる水蒸気が持つエネルギーであっても良いし、その他の流体の持つエネルギーであっても良い。また、本発明の増速機は、入力軸２を回転させる力が小さくても、効率良く増速することができるので、用水路や、落差の小さな水路などのエネルギーのそれほど大きくない流水を利用した水力発電装置や、強風の期待できない地域に設置される風力発電装置などに用いて好適であり、加えて、通常の水力発電施設や火力、原子力発電施設における使用済みの水流や水蒸気を水車やタービンを回転させるエネルギー源として再利用することを可能にし、種々の流体が持つエネルギーを無駄なく利用することを可能にする極めて優れた有用な増速機である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の増速機によれば、簡単でコンパクトな構造で、効率良く入力軸の回転を増速して出力軸に伝えることができるので、増速を必要とするあらゆる分野において極めて有用である。また、本発明の増速機を動力伝達部に備えた発電装置によれば、流体が持つ大きなエネルギーはもとより、比較的小さなエネルギーでも無駄なく発電に利用することができるので、発電装置や発電施設におけるエネルギー効率を高め、極めて有用、且つ優れた産業上の利用可能性を有するものである。
【符号の説明】
【００５３】
１          増速機
２          入力軸
３          出力軸
３ｃ        出力軸の軸心
４          ベースフレーム
５          ベアリング
６          固定外歯車
７          ローター
８          偏心輪
９          内歯車
１０        中間節
１１        駆動板
１２        固定部材
１３        回転輪
１４        内歯車
１５        外歯車
１６        連結シャフト
１７        歯車
１８        継手
１９        歯車
２０        水車
２１        動力伝達部
２２        発電機
２３        結合部
２４        クラッチ
２５        風車
Ｇ          設置面
ｅ          偏心距離
ｒ          ローターに設けられている外歯車の半径
【図１】
2011125969.tif 000003
【図２】
2011125969.tif 000004
【図３】
2011125969.tif 000005
【図４】
2011125969.tif 000006
【図５】
2011125969.tif 000007
【図６】
2011125969.tif 000008
【図７】
2011125969.tif 000009
【図８】
2011125969.tif 000010
【図９】
2011125969.tif 000011
【図１０】
2011125969.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2011125969.tif 000014
【図１３】
2011125969.tif 000015
【図１４】
2011125969.tif 000016
【図１５】
2011125969.tif 000017
【図１６】
2011125969.tif 000018
【図１７】
2011125969.tif 000019
【図１８】
2011125969.tif 000020
【図１９】
2011125969.tif 000021
【図２０】
2011125969.tif 000022
【図２１】
2011125969.tif 000023
【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年2月15日(2012.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力によって回転する入力軸と、ベースフレームと、前記ベースフレームに回転自在に支持された出力軸と、前記出力軸の軸心と同心で前記ベースフレームに対して固定された固定外歯車と、前記出力軸の軸心に対して偏心しており、前記出力軸と結合され、前記出力軸の軸心の回りに前記出力軸と一体に回転する偏心輪と、前記偏心輪を内部に摺動回転自在に支持する軸受部と、前記固定外歯車と噛み合う内歯車とを有するローターと、前記入力軸の回転を前記ローターに伝達する回転伝達機構とを有し、前記回転伝達機構が、前記ローターに設けられた外歯車と、当該外歯車と噛み合う内歯車を有する回転輪であって、前記入力軸と連結され、前記入力軸の回転に伴って前記出力軸の軸心の回りに回転する回転輪とを有している回転伝達機構である増速機。
【請求項２】
前記固定外歯車と、前記偏心輪と、前記ローターと、前記回転伝達機構とを、前記出力軸の軸方向に沿った両側に有し、両側の前記ローター及び偏心輪の偏心回転の位相が１８０度異なっている請求項１に記載の増速機。
【請求項３】
前記固定外歯車と前記ローターが有する内歯車のギヤ比が１：２又は２：３であることを特徴とする請求項１又は２に記載の増速機。
【請求項４】
増速機を２段又は３段以上に連結してなる多段式増速機であって、連結された二つの増速機は前段の増速機の出力が後段の増速機の入力となるように前段の増速機の出力軸と後段の増速機の入力軸とが連結されており、かつ、それぞれの増速機は請求項１〜３のいずれか１項に記載の増速機であることを特徴とする多段式増速機。
【請求項５】
前段の増速機と後段の増速機との間に、前段の増速機の出力軸の回転を増速して後段の増速機の入力軸に伝達する増速機構を備えている請求項４に記載の多段式増速機。
【請求項６】
流体が持つエネルギーによって回転する主軸と、発電機と、前記主軸の回転を前記発電機に伝達する動力伝達部とを有し、前記動力伝達部が請求項１〜５のいずれか１項に記載の増速機を備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項７】
流体が水、空気、又は水蒸気である請求項６記載の発電装置。
【国際調査報告】
2011125969.tif 000025
2011125969.tif 000026
2011125969.tif 000027
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